钛合金的性能主要取决于化学成分和显微组织，而化学成分是决定α相和β相性能以及体积分数的主要因素。

　　众所周知，钛合金中含有多种合金元素。加入适量合金元素可提高钛的性能，得到不同类型的钛合金，以满足不同工作条件材料的需求。钛的合金化，主要取决于加入的合金元素是稳定α相还是稳定β相，而这又决定于键合电子数。

　　目前国内外生产的耐热钛合金中最常用的合金元素主要有Al、Sn、Zr、Mo、V、Nb、Si，杂质以O、N、C、H对钛合金的性能影响较大，而也有一些新型钛合金将O作为必需的合金元素。几乎所有的钛合金中都含有Al，特别是耐热钛合金中的Al含量必须要保持在一定水平。这是由于α相的扩散系数比β相低两个数量级以上，所以合金的抗蠕变性和抗氧化性随着Al含量的增加而提高，同时其塑性和变形能力下降。因此，合金元素的铝当量不得超过9%(wt)，即，铝当量=Al%+1/3Sn%+1/6Zr%+10(O%+C%+2N%)<9%(均为wt)。否则，将析出导致合金脆化的金属间化合物Ti3Al。

　　Mo、V、Nb是β稳定元素，对β相具有中等的固溶强化作用。V由于在常用的β稳定元素中密度最小、无共析反应、在高温长时间工作时组织稳定而被广泛地使用。Mo、Nb与V相比可以更好地提高合金的抗蠕变能力，而且Nb还能提高钛合金的抗氧化性能。

　　Si原子趋向于在位错附近偏聚，弥散分布的Si化物颗粒可以有效阻止位错的运动，从而提高合金的抗蠕变性能，这一位错滑移受阻机制的认识使一系列新型耐热钛合金的设计获得成功，这些合金中通常都含有0.1%Si～0.5%Si。

　　Sn和Zr可以强化α相，对塑性的不利影响较Al小，使合金具有良好的压力加工性能，同时提高热强性。此外，Zr还能使细小的硅化物析出相均匀分布，从而使钛合金的高温性能进一步得到改善。O、N、C能够提高钛的强度而降低其塑性，其中N的影响最大、O次之、C最小。H的影响主要表现在“氢脆”上，当钛中的H含量达到一定后，会析出脆性氢化物，从而急剧降低断裂强度、冲击韧性等。因此在绝大多数情况下，O、N、C、H四种元素都是有害的，必须要严格控制它们的含量。